Расчет пленочного испарителя

Расчет пленочного испарителя.

Задаем пленочный испаритель ИП-1 со следующими параметрами:

Нагревание проводится водой с, .

Конструктивные параметры теплообменника: поверхность теплообмена. ,, ,, вес = 230кг, материал — нержавеющая сталь.

Производительность (по отгону паров эфира) — 24,34кг/час.

Тепловой баланс пленочного испарителя.

Теплоноситель — горячая вода.

Температура горячей воды на входе — 80⁰С, на выходе — 40⁰С.

Энтальпия питательной воды: на входе при

на выходе при

КПД установки .

Нагреваемая среда — эфирный раствор с диэтиловым эфиром.

Температура эфирного раствора: на входе ;

на выходе ;

Расход эфирного раствора —; расход эфира при испарении: .

Удельная теплоемкость эфирного раствора рассчитывается по формуле:

.

Температурный профиль процесса представлен на рис. 1.

Рис 1. График изменения температуры по площади пленочного испарителя.

Т.о., по имеющимся данным составляем тепловой баланс процесса:

отсюда: .

Из выражения теплового баланса получаем значение расхода горячей воды:

По полученному значению массового расхода определяем скорость потока воды:

Рассчитываем поверхность теплообмена:, где:

— тепловой эффект пленочного испарителя, рассчитываем по упрощенной формуле:

— берем из справочника [1], ккал/кг

— по данным материального баланса, кг

где:

— коэффициент теплоотдачи жидкости.

Критерий Рейнольдса для потока воды:

где:

— скорость потока воды в межтрубном пространстве,

— эквивалентный диаметр;

— плотность воды;

— динамическая вязкость воды;

По известному значению критерия Рейнольдса определяем критерий Прандтля и критерий Нуссельта:

где:

.

Отсюда находим коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке б₁:

— по справочнику [1],

Коэффициент теплоотдачи от пленки к стенке б₂ находим по упрощенной формуле для пленочного испарителя:

Таким образом, выбранный стандартный теплообменник подходит для данного процесса.

Число труб пленочного аппарата находим по упрощенной формуле:

.

Расчет теплообменника для конденсации паров эфира.

Охлаждение проводится рассолом с, .

Поверхность теплообмена. ,, ,, вес = 213кг, материал — нержавеющая сталь.

Производительность (по отгону паров эфира) — 24,34кг/час.

Скорость паров ДЭЭ в трубном пространстве:

Критерий Рейнольдса для паров диэтилового эфира:

где:

— скорость паров ДЭЭ в трубах,

— внутренний диаметр труб;

— плотность паров ДЭЭ;

— динамическая вязкость ДЭЭ;

По номограмме⁵ определяем критерий Прандтля:

.

Отсюда находим коэффициент теплоотдачи от паров ДЭЭ к стенке б₂:

где: — по справочнику [1],

Обозначим выражение за «а», выражение за «b».

.

Пусть ,

пусть ,

пусть .

Определяем по графику ().

Находим действительное значение коэффициента теплопередачи:

Рассчитываем поверхность теплообмена:, где:

— тепловой эффект теплообменника, рассчитываем по упрощенной формуле:

— берем из справочника ^[1^],

— по данным материального баланса, кг

<4м².

Следовательно, выбранный стандартный теплообменник подходит для проведения данного технологического процесса.

Тепловой баланс.

Определим количество тепла (холода), необходимое для проведения процесса.

Основной аппарат — реактор синтеза ААУЭ Р-2 ().

— тепло, необходимое для нагревания реакц. массы, ккал;

где: ,

— тепло, необходимое для нагревания аппарата, ккал;

где: ,

— тепловой эффект физического процесса, ккал;

где: .

— тепловой эффект химической реакции, ккал; .

— потери тепла в окружающую среду, ккал;

Реактор выпарки ацетона Р-3. Температура проведения процесса .

Тепло, которое пошло на нагревание:

где: ,

где: ,

где: .

.

Тепло, которое пошло на охлаждение (с 55⁰С до 30⁰С):

где:

где:

где:

где: ,

Реактор вакуумной перегонки технического ААУЭ Р-6 ().

где: ,

где: ,

где:

.

Тепловой баланс испарителя эфира ИП-1:

где: ,

где: ,

где: ,

.

Энергетический расчет.

1. Расход водяного пара на нагрев аппаратов.

На нагрев реактора синтеза ААУЭ (Р-2) расходуется пара:

.

На нагрев реактора выпарки ацетона (Р-3) расходуется пара:

.

На нагрев реактора вакуумной перегонки технического ААУЭ (Р-6) расходуется пара: .

На нагрев пленочного испарителя (ИП-1) расходуется пара:

.

Общий расход пара: .

2. Расход охлаждающих агентов.

Рассчитаем расход воды на охлаждение реакционной массы в реакторе выпарки ацетона Р-3 после выпарки ацетона:

Расход воды на теплообменник Т1: .

Расход воды на теплообменник Т2: .

Расход воды на теплообменник Т4: .

Общий расход воды на охлаждение: .

3. Расход электроэнергии:

· На работу электродвигателей;

Определение мощности, потребляемой мешалкой.

Рассчитываем мощность, потребляемую мешалкой для реактора получения раствора хлорацетона Р-1. Для этого вначале определяем центробежный критерий Рейнольдса:

.

Режим переходный, поэтому мощность, потребляемую мешалкой, определяем по ф-е:, где:

— критерий мощности, задается исходя из значения отношения. Подбираем якорную мешалку. Для якорной мешалки при значение .

— плотность перемешиваемой среды (из расчетов техн. оборудования);

и — число оборотов мешалки в секунду, и диаметр мешалки, м соотв. (из расчетов технологического оборудования).

Потребляемая мощность двигателя:

.

Расход электроэнергии: .

Определяем коэффициент С для реактора Р-1:

.

На основании коэффициента С рассчитываем потребляемую мощность двигателей в реакторах Р-2, Р-3, Р-4, Р-5 и Р-6.

Реактор Р-2 для синтеза ААУЭ:

.

Реактор Р-3 для выпарки ацетона:

.

Реактор Р-4 для промывки водой и разделения реакционной смеси:

.

Реактор Р-5 сушки:

.

Реактор Р-6 для вакуумной перегонки:

.

Итого электрической энергии на перемешивание:

4. Расчет азота.

· На передавливание реакционной массы:

Для реактора синтеза ААУЭ (Р-2):, где:

.

Для реактора выпарки ацетона (Р-3): .

Для реактора промывки и разделения (Р-4) не требуется передавливание реакционной массы.

Для реактора сушки Р-5: .

Для сборника Сб-7 эфирного раствора: .

Общий расход азота на передавливание в производстве ААУЭ:

или 568,1кг азота.

На фильтрацию принимаем расход азота: ,

Суммарный расход азота: .

Объем баллона с азотом .

Расход азота .

К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.; «Химия», 575с.